태양계는 정말 큰 곳이며 전통적인 화학 로켓을 사용하여 세계에서 세계로 여행하는 데 영원히 걸립니다. 그러나 1960 년대에 개발 된 기술 중 하나는 핵 로켓과 같이 여행 시간을 크게 단축시키는 방법을 제공 할 수 있습니다.
물론, 방사성 물질로 구동되는 로켓을 발사하는 것 자체에도 위험이 따릅니다. 시도해야합니까?
화학 로켓을 사용하여 화성을 방문하고 싶다고 가정 해 봅시다. 당신은 지구에서 날아와 낮은 지구 궤도로 갈 것입니다. 그런 다음 적절한 순간에 로켓을 발사하여 태양에서 궤도를 올립니다. 8 개월 동안 비행 한 후 새로운 타원형 궤적이 화성과 교차합니다.
이것을 호만 (Hohmann) 환승이라고하며, 가장 적은 양의 추진제와 최대의 적재량을 사용하여 우주를 여행하는 방법을 아는 가장 효율적인 방법입니다. 물론 문제는 시간이 걸린다는 것입니다. 여행하는 동안 우주 비행사는 음식, 물, 공기를 소비하고 깊은 우주의 장기 방사선에 노출됩니다. 그런 다음 귀환 임무는 자원의 필요성을 두 배로 늘리고 방사선 부하를 두 배로 늘립니다.
우리는 더 빨리 가야합니다.
NASA는 거의 50 년 동안 화학 로켓이 다음에 어떻게 될지에 대해 생각 해왔다.
핵 열 로켓. 그들은 여행의 속도를 확실히 높여 주지만, 그들 자신의 위험이없는 것은 아닙니다. 그러나 아마도 그들의 시간이 여기에 있습니다.
1961 년 NASA와 원자력위원회는 NTP (핵 핵 추진) 개념에 대해 협력했다. 이것은 베르너 폰 브라운 (Werner von Braun)이 개척 한 것으로 1980 년대 인류 로켓이 핵 로켓 날개를 타고 화성으로 날아 가기를 희망했다.
그 일은 일어나지 않았습니다. 그러나 그들은 핵 열 추진에 대한 몇 가지 성공적인 테스트를 수행했으며 그것이 작동한다는 것을 보여주었습니다.
화학 로켓은 어떤 종류의 가연성 화학 물질을 발화 한 다음 배기 가스를 노즐 밖으로 밀어 냄으로써 작동합니다. 좋은 뉴턴의 3 번째 법칙 덕분에 모든 행동에 대해 동등한 반응이 있으며 로켓은 배출 된 가스와 반대 방향으로 추력을받습니다.
핵 로켓은 비슷한 방식으로 작동합니다. 우라늄 연료의 대리석 크기의 공은 핵분열 과정을 거치며 엄청난 양의 열을 방출합니다. 이것은 수소를 거의 2,500 ℃로 가열 한 다음 로켓 뒤에서 고속으로 배출됩니다. 매우 빠른 속도로 로켓은 화학 로켓의 추진 효율을 2 ~ 3 배 향상시킵니다.
화학 로켓에 대해 언급 한 8 개월을 기억하십니까? 핵열 로켓은 운송 시간을 반으로, 아마도 100 일은 화성으로 여행 할 수 있습니다. 이것은 우주 비행사가 소비하는 자원이 적고 방사선 부하가 적다는 것을 의미합니다.
그리고 또 다른 큰 이점이 있습니다. 핵 로켓의 추력은 지구와 화성이 완벽하게 정렬되지 않은 경우 임무를 수행 할 수 있습니다. 지금 창문을 놓치면 2 년을 더 기다려야하지만 핵 로켓이 비행 지연을 처리하기위한 추진력을 줄 수 있습니다.
핵 로켓의 첫 번째 테스트는 1955 년 Los Alamos Scientific Laboratory의 Project Rover에서 시작되었습니다. 핵심 개발은 원자로를 로켓 위에 놓을 수있을 정도로 소형화하는 것이었다. 향후 몇 년간 엔지니어들은 크기와 출력이 다른 12 개 이상의 원자로를 구축하고 테스트했습니다.
NASA는 Project Rover의 성공으로 달의 아폴로 착륙선을 따라가는 화성으로 인간 임무에 대한 시력을 설정했습니다. 그들은 거리와 비행 시간 때문에 핵 로켓이 임무 수행 능력을 높이는 열쇠라고 결정했습니다.
물론 핵 로켓은 위험이 없습니다. 기내의 원자로는 기내의 우주 비행사 승무원에게 작은 방사선원이 될 것이며, 이는 비행 시간의 감소에 의해 초과 될 것입니다. 우주 공간 자체는 막대한 은하 우주 방사선으로 우주 비행사 DNA를 손상시키는 거대한 방사선 위험입니다.
1960 년대 후반 NASA는 인간을 화성으로 데려 갈 핵 로켓이 될 기술을 개발하는 로켓 엔진 응용 프로그램 (NERVA)을위한 핵 엔진을 설립했습니다.
그들은 네바다 사막에서 더 크고 강력한 핵 로켓을 시험하여 고속 수소 가스를 대기로 바로 배출했습니다. 당시 환경법은 훨씬 덜 엄격했습니다.
최초의 NERVA NRX는 거의 2 시간 동안 테스트되었으며 28 분 동안 최대 전력을 사용했습니다. 그리고 두 번째 엔진이 28 번 시동되어 115 분 동안 달렸습니다.
결국 그들은 4,000 메가 와트의 전력을 생산할 수있는 가장 강력한 원자로 인 Phoebus-2A 원자로를 테스트했습니다. 12 분간 찌르기.
다양한 구성 요소가 실제로 비행 준비 로켓에 조립되지는 않았지만 엔지니어는 핵 로켓이 화성 비행의 요구를 충족시킬 것이라고 만족했습니다.
그러나 미국은 더 이상 화성에 가고 싶지 않다고 결정했습니다. 그들은 대신 우주 왕복선을 원했습니다.
이 프로그램은 1973 년에 문을 닫았으며 그 이후로 아무도 핵 로켓을 테스트하지 않았습니다.
그러나 최근 기술의 발전으로 핵열 추진이 더욱 매력적으로되었다. 1960 년대에 그들이 사용할 수있는 유일한 연료 원은 고도로 농축 된 우라늄이었습니다. 그러나 이제 엔지니어들은 저 농축 우라늄을 섭취 할 수 있다고 생각합니다.
이것은 작업하기에 더 안전하고 더 많은 로켓 시설이 테스트를 실행할 수있게합니다. 또한 배기 가스에서 방사성 입자를 포획하여 적절히 폐기하는 것이 더 쉬울 것입니다. 그것은 기술 작업의 전체 비용을 줄입니다.
2019 년 5 월 22 일, 미국 의회는 핵 열 추진 로켓 개발을위한 1 억 2 천 5 백만 달러의 자금을 승인했습니다. 이 프로그램은 NASA의 Artemis 2024가 달로 돌아 오는 데 어떤 역할도하지 않지만, 인용문 –“NAS는 우주 시연과 관련된 타임 라인을 포함한 핵 열 추진 시연을 가능하게하는 다년간 계획을 개발할 것을 촉구합니다. 그리고이 기능으로 가능해진 미래의 임무와 추진 및 전력 시스템에 대한 설명.”
핵분열은 원자의 힘을 이용하는 한 가지 방법입니다. 물론 농축 우라늄이 필요하며 독성 방사성 폐기물을 생성합니다. 융합은 어떻습니까? 수소 원자가 헬륨으로 압착되어 에너지를 방출하는 곳은 어디입니까?
태양은 엄청난 질량과 코어 온도 덕분에 융합이 이루어졌지만 지속 가능한 에너지 포지티브 융합은 우리가 인간을 괴롭히는 데 애매했습니다.
유럽의 ITER와 같은 거대한 실험은 향후 10 년 이내에 융합 에너지를 유지하기를 희망하고 있습니다. 그 후 핵 로켓에서 핵분열 원자로와 같은 역할을 할 수있을 정도로 핵융합 원자로가 소형화되는 것을 상상할 수있다. 그러나 순수한 원자로가 양성 에너지라는 점까지 핵융합로를 얻을 수 없더라도 여전히 대량의 양에 대해 엄청난 가속을 제공 할 수 있습니다.
그리고 아마도 우리는 수십 년을 기다릴 필요가 없습니다. Princeton Plasma Physics Laboratory의 한 연구 그룹은 다이렉트 퓨전 드라이브 (Direct Fusion Drive)라는 개념을 연구 중이며 훨씬 빨리 준비 될 수 있다고 생각합니다.
Samuel Cohen이 2002 년에 개발 한 Princeton Field-Reversed Configuration 융합 반응기를 기반으로합니다. 헬륨 -3 및 중수소의 고온 플라즈마는 자기 용기에 포함된다. 헬륨 -3은 지구상에서는 드물며, 핵융합 반응은 다른 핵융합 원자로와 동일한 양의 위험한 방사능 또는 핵 폐기물을 생성하지 않기 때문에 가치가 있습니다.
핵분열 로켓과 마찬가지로, 핵융합 로켓은 추진제를 고온으로 가열 한 다음 뒤쪽으로 분사하여 추력을 발생시킵니다.
그것은 매우 뜨거운 플라즈마를 포함하고 회전시키는 선형 자석 묶음을 정렬하여 작동합니다. 플라즈마 주변의 안테나는 이온의 특정 주파수로 조정되어 플라즈마에 전류를 생성합니다. 그들의 에너지는 원자가 융합하는 지점까지 펌핑되어 새로운 입자를 방출합니다. 이 입자들은 자기장 선에 의해 포착되어 로켓 뒤에서 가속 될 때까지 봉쇄 장을 빠져 나갑니다.
이론적으로, 핵융합 로켓은 메가 와트 당 2.5 ~ 5 뉴턴의 추진력을 제공 할 수 있으며 10,000 초의 특정 충격이 발생합니다. 핵분열 로켓은 850, 화학 로켓은 450을 기억하십시오. 또한 태양 전지판이 그리 효율적이지 않은 태양으로부터 멀리 떨어진 우주선에 필요한 전기를 생산할 것입니다.
다이렉트 퓨전 드라이브 (Direct Fusion Drive)는 단 2 년 만에 토성에 10 톤의 미션을 수행하거나 약 4 년 안에 지구에서 명왕성까지 1 톤 우주선을 운반 할 수 있습니다. 뉴 호라이즌은 거의 10 개가 필요했습니다.
또한 1 메가 와트의 핵융합로이기 때문에 모든 우주선의 장비에 전원을 공급할 수 있습니다. Voyager 및 New Horizons와 같은 우주 임무에서 현재 보유하고있는 핵 배터리보다 훨씬 더 많은 것들이 있습니다.
이 기술로 어떤 종류의 성간 임무가 진행 될지 상상해보십시오.
Princeton Satellite Systems만이 이와 같은 시스템에서 작업하는 유일한 그룹은 아닙니다. Applied Fusion Systems는 우주선에 추력을 제공 할 수있는 핵융합 엔진 특허를 출원했습니다.
NASA가 비행 시간을 단축하는 방법으로 핵 로켓을 진지하게 테스트 한 지 수십 년이 지났지 만 기술이 돌아온 것 같습니다. 앞으로 몇 년 동안 나는 새로운 하드웨어와 핵 열 추진 시스템의 새로운 테스트를 보게 될 것입니다. 그리고 실제 퓨전 드라이브가 우리를 다른 세계로 데려다 줄 가능성에 놀라워합니다. 언제나 그렇듯이 계속 지켜봐 주시면 실제로 비행하는시기를 알려 드리겠습니다.
